(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に第１の電極を形成し、該第１の電極の上に、該第１の電極へ通じる開口部が設けられた絶縁層を形成し、該絶縁層の上に犠牲層を形成し、該犠牲層の上に、第２の電極を備える振動膜を形成し、外部から前記犠牲層に通じる開口をエッチング液の入口として設け、前記犠牲層をエッチングしてキャビティを形成し、前記エッチング液の入口としての開口を封止する容量型機械電気変換素子の製造方法であって、
前記開口部と前記犠牲層と前記開口を介して、前記第１の電極と、外部に設けた対向電極との間で通電する電解エッチングを行なって前記エッチングを実行することを特徴とする容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記開口を前記振動膜に形成することを特徴とする請求項１に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記振動膜の開口を前記キャビティとなる前記犠牲層の一方の端部に対して設け、前記絶縁層の開口部を前記キャビティとなる前記犠牲層の他端部に対して設けることを特徴とする請求項２に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記振動膜の開口と前記絶縁層の開口部の一方を前記キャビティとなる前記犠牲層の中央部に対して設け、前記振動膜の開口と前記絶縁層の開口部の他方を前記キャビティとなる前記犠牲層の周辺部に対して設けることを特徴とする請求項２に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記キャビティは、第１のキャビティと、該第１のキャビティと接続口を介して通じる第２のキャビティとを含み、前記第１のキャビティ又は第２のキャビティの少なくとも一方となる前記犠牲層は、前記接続口からエッチング液を導入してエッチングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項６】
基板に第１の電極を形成し、該第１の電極の上に絶縁層を形成し、該絶縁層の上に犠牲層を形成し、該犠牲層の上に振動膜を形成し、該振動膜に、エッチング液の入口としての開口を含む複数の開口を設け、該振動膜に第２の電極を設け、前記犠牲層をエッチングしてキャビティを形成し、前記エッチング液の入口としての開口を封止する容量型機械電気変換素子の製造方法であって、
前記振動膜に設けられた前記第２の電極へ通じる開口と前記犠牲層と前記エッチング液の入口としての開口を介して、前記第２の電極と、外部に設けた対向電極との間で通電する電解エッチングを行なって前記エッチングを実行することを特徴とする容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項７】
前記振動膜に設けられたエッチング液の入口としての開口を前記キャビティとなる前記犠牲層の一方の端部に対して設け、前記振動膜に設けられた第２の電極へ通じる開口を前記キャビティとなる前記犠牲層の他端部に対して設けることを特徴とする請求項６に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記振動膜に設けられた前記エッチング液の入口としての開口と前記第２の電極へ通じる開口の一方を前記キャビティとなる前記犠牲層の中央部に対して設け、前記振動膜に設けられた前記エッチング液の入口としての開口と前記第２の電極へ通じる開口の他方を前記キャビティとなる前記犠牲層の周辺部に対して設けることを特徴とする請求項６に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項９】
前記基板は半導体基板又はガラス基板であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項１０】
基板と、該基板に形成された第１の電極と、該基板上に配設された支持部によって該第１の電極と間隔を保って支持されて該第１の電極との間にキャビティを形成した振動膜と、該振動膜に配設された第２の電極を含む容量型機械電気変換素子であって、
前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方は絶縁層により覆われ、
前記振動膜に、前記キャビティとなる前記犠牲層に通じる開口として設けられてその後に前記犠牲層がエッチングされた後に封止された封止部が設けられ、
前記絶縁層に、前記第１の電極又は第２の電極へ通じる開口が形成されていることを特徴とする容量型機械電気変換素子。
【請求項１１】
基板と、該基板に形成された第１の電極と、該基板上に配設された支持部によって該第１の電極と間隔を保って支持されて該第１の電極との間にキャビティを形成した振動膜と、該振動膜に配設された第２の電極を有する素子部分を複数個含んで構成された容量型機械電気変換素子であって、
前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方は絶縁層により覆われ、
前記素子部分のうちの第１の素子部分の前記振動膜に、前記キャビティとなる前記犠牲層に通じる開口として設けられてその後に前記犠牲層がエッチングされた後に封止された封止部が設けられ、
前記第１の素子部分とは別の第２の素子部分の前記絶縁層に、前記第１の電極又は第２の電極へ通じる開口が形成され、
前記第１の素子部分のキャビティと前記第２の素子部分のキャビティとは、素子部分間に設けた接続口を介して通じていることを特徴とする容量型機械電気変換素子。
【請求項１２】
前記振動膜は前記絶縁層を兼ねることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の容量型機械電気変換素子。
【請求項１３】
前記基板は半導体基板又はガラス基板であることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の容量型機械電気変換素子。
【請求項１４】
請求項１１に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法であって、
前記絶縁層に設けられた前記第１の電極又は第２の電極へ通じる開口と、前記第１の素子部分のキャビティと前記第２の素子部分のキャビティと前記接続口に形成された犠牲層と、前記キャビティとなる前記犠牲層に通じる開口であってエッチング液の入口としての開口と、を介して、前記第１の電極又は第２の電極と、外部に設けた対向電極との間で通電する電解エッチングを行なって、前記犠牲層をエッチングして前記第１の素子部分のキャビティと前記第２の素子部分のキャビティを形成することを特徴とする容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項１５】
基板に第１の電極を形成する工程、前記第１の電極の上に絶縁層を形成する工程、前記絶縁層の上に犠牲層を形成する工程、前記犠牲層の上に振動膜を形成する工程、前記振動膜の上に、前記犠牲層と少なくとも一部が電気的接触を保持する様に第２の電極を形成する工程、外部から前記基板と前記第１の電極と前記絶縁層を貫通して前記犠牲層に通じるエッチング開口部を形成する工程、更に前記エッチング開口部を電解エッチング液に浸しながら  前記第２の電極を電解エッチング用の一方の電極として、外部に設けた前記電解エッチング液に接している他方の電極との間で通電し、前記犠牲層を電解エッチングすることで前記犠牲層のあった部分を除去してキャビティを形成する工程を含むことを特徴とする容量型機械電気変換素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第２の電極と前記犠牲層との間に開口を有する振動膜を形成し、該開口を通じて前記第２の電極と前記犠牲層が電気的に導通することを特徴とする請求項１５に記載の容量型機械電気変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波変換素子などとして用いられる容量型機械電気変換素子の製造方法、及び容量型機械電気変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシンニング工程を用いて作製される容量型機械電気変換素子が盛んに研究されている。通常の容量型機械電気変換素子は、下部電極と所定の間隔を保って支持された振動膜と、該振動膜の表面に配設される上部電極を有する。これは、例えば、容量型超音波変換素子（ＣＭＵＴ：Capacitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer）として用いられる。
【０００３】
前記容量型超音波変換素子は、軽量の振動膜を用いて超音波を送信、受信し、液中及び空気中でも優れた広帯域特性を持つものが容易に得られる。このＣＭＵＴを利用すると、従来の医療診断より高精度な診断が可能となるため、有望な技術として注目されつつある。
【０００４】
容量型超音波変換素子の動作原理について説明する。超音波を送信する際には、下部電極と上部電極間に、ＤＣ電圧に微小なＡＣ電圧を重畳して印加する。これにより、振動膜が振動し超音波が発生する。超音波を受信する際には、振動膜が超音波により変形するので、変形に伴う下部電極と上部電極間の容量変化により信号を検出する。素子の理論的な感度は、その電極間の間隔（ギャップ）の平方に反比例する（非特許文献１参照）。高感度な素子を作製するには、１００nm以下のギャップが必須といわれていて、近年、ＣＭＵＴのギャップは、２μmから１００nm程度以下の狭さまでに進展している。
【０００５】
一方、容量型機械電気変換素子のギャップの形成方法としては、目標の電極間隔と同じ厚さの犠牲層を設けて、該犠牲層の上部に振動膜を形成し、犠牲層を除去する方法が、一般に採用されている。こうした技術の一例が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６,４２６,５８２号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Ultrasonic Symposium, １９９７, p.１６０９-１６１８.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した様に、前記容量型機械電気変換素子の機械電気変換効率を高めるためには、電極間隔を狭くすることが望ましい。そのための方法についても、前記特許文献１に具体的な提案がある。
【０００９】
しかし、電極間ギャップを狭くできたとしても、ギャップが狭いほど、前記犠牲層（例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、金属からなる）の除去は難しくなる。例えば、低温ではエッチング工程が数日から一週間程度かかると言われている。こうした場合、長時間エッチャントに浸漬すると、素子の振動膜が損傷されて、歩留まりが低くなってしまう。これに対して、エッチング速度を高くするために、温度を高める手法があるが、柔らかい振動膜は高温エッチング反応に伴って形成される泡に壊されて、歩留まりが低下する可能性がある。
【００１０】
この様に、大面積且つ狭電極間隔の犠牲層エッチングは、エッチャントの拡散律速により生産性が低いので、高速エッチングの実現が望まれていて、この犠牲層エッチングの時間を短縮できれば、素子生産のスループットが向上する。
【００１１】
他方、犠牲層をエッチングするためには、エッチング液の入口を設けないといけないが、エッチング液の入口が大きく、数が多いほど、即ち犠牲層の露出面が多いほど、エッチング速度が速くなる。しかし、微小機械電気変換素子において、機械構造に大きな穴若しくは多数の穴をエッチング液の入口として設けると、機械構造の本来の性能に悪影響を与え、素子の設計性能、寿命、安定性、信頼性が損なわれる可能性がある。例えば、振動膜に大きな穴若しくは多数の穴を設けることは、振動質量、振動部の応力、振動周波数、振動節点、振動変位などに大きな影響を与える。このため、できるだけ、エッチング液の入口の大きさ及び数量をできるだけ下げることが望ましい。
【００１２】
以上に述べた如く、容量型機械電気変換素子において、比較的大面積且つ薄い犠牲層の除去効率と素子の性能、安定性、スループットなどの向上との間のトレードオフの関係を解決することは重要な課題である。本発明は、比較的狭ギャップ中の犠牲層でも比較的高速にエッチングすることができる容量型機械電気変換素子の製造方法、及びそのための構造を持つ容量型機械電気変換素子を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題に鑑み、本発明の第１の容量型機械電気変換素子の製造方法は、次の特徴を有する。基板に第１の電極を形成し、第１の電極の上に、該第１の電極へ通じる開口部が設けられた絶縁層を形成し、絶縁層の上に犠牲層を形成し、犠牲層の上に、第２の電極を備える振動膜を形成し、外部から犠牲層に通じる開口をエッチング液の入口として設ける。そして、犠牲層をエッチングしてキャビティを形成し、エッチング液の入口としての開口を封止する。開口部と犠牲層と開口を介して、電解エッチング用の第１の電極と外部に設けた対向電極との間で通電する電解エッチングを行なって前記エッチングを実行する。これについては、図２などを用いて説明する後述の実施例を参照。
【００１４】
また、前記課題に鑑み、本発明の第２の容量型機械電気変換素子の製造方法は、次の特徴を有する。基板に第１の電極を形成し、第１の電極の上に絶縁層を形成し、絶縁層の上に犠牲層を形成し、犠牲層の上に振動膜を形成し、振動膜に、エッチング液の入口としての開口を含む複数の開口を設け、振動膜に第２の電極を設ける。そして、犠牲層をエッチングしてキャビティを形成し、エッチング液の入口としての開口を封止する。更に、振動膜に設けられた第２の電極へ通じる開口と犠牲層とエッチング液の入口としての開口を介して、第２の電極と外部に設けた対向電極との間で通電する電解エッチングを行なって前記エッチングを実行する。これについては、図４などを用いて説明する後述の実施例を参照。
【００１５】
また、前記課題に鑑み、本発明の他の容量型機械電気変換素子の製造方法は、次の工程を有する。第１の工程では、基板に第１の電極を形成する。第２の工程では、前記第１の電極の上に絶縁層を形成する。第３の工程では、前記絶縁層の上に犠牲層を形成する。第４の工程では、前記犠牲層の上に振動膜を形成する。第５の工程では、前記振動膜の上に、前記犠牲層と少なくとも一部が電気的接触を保持する様に第２の電極を形成する。第６の工程では、外部から前記基板と前記第１の電極と前記絶縁層を貫通して前記犠牲層に通じるエッチング開口部を形成する。第７の工程では、前記エッチング開口部を電解エッチング液に浸しながら  前記第２の電極を電解エッチング用の一方の電極として外部に設けた前記電解エッチング液に接している他方の電極との間で通電し、前記犠牲層を電解エッチングすることで前記犠牲層のあった部分を除去してキャビティを形成する。これについては、図７を用いて説明する後述の実施例を参照。
【００１６】
また、前記課題に鑑み、本発明の第１の容量型機械電気変換素子は、次の特徴を有する。基板と、基板に形成された第１の電極と、基板上に配設された支持部によって第１の電極と間隔を保って支持されて該第１の電極との間にキャビティを形成した振動膜と、振動膜に配設された第２の電極を含む。更に、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方は絶縁層により覆われ、振動膜に、キャビティに通じる開口として設けられてその後封止された封止部が設けられ、絶縁層に、第１の電極又は第２の電極へ通じる開口が形成されている。これについては、図１、図４などを用いて説明する後述の実施例を参照。
【００１７】
また、前記課題に鑑み、本発明の第２の容量型機械電気変換素子は、次の特徴を有する。基板と、基板に形成された第１の電極と、基板上に配設された支持部によって第１の電極と間隔を保って支持されて該第１の電極との間にキャビティを形成した振動膜と、振動膜に配設された第２の電極を有する素子部分を複数個含んで構成される。そして、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方は絶縁層により覆われ、前記素子部分のうちの第１の素子部分の振動膜に、キャビティに通じる開口として設けられてその後封止された封止部が設けられる。更に、第１の素子部分とは別の第２の素子部分の絶縁層に、第１の電極又は第２の電極へ通じる開口が形成され、第１の素子部分のキャビティと第２の素子部分のキャビティとは、素子部分間に設けた接続口を介して接続される。これについては、図５−３、図６を用いて説明する後述の実施例を参照。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の製造方法によれば、上記の如き開口部ないし開口が形成されるので、電解エッチングにより、拡散律速に依存せず比較的高速に犠牲層をエッチングできて、キャビティを良好に形成できる。より具体的には、前記開口部ないし開口の大きさや数をあまり増大しなくても、第１の電極又は第２の電極のアノード電圧によって、等速ないし等高速且つ安定なエッチング速度を実現できる。よって、大面積の容量型機械電気変換素子（例えば、ＣＭＵＴ）や複数の素子部分を有するアレイ容量型機械電気変換素子でも、その生産性（例えば、製造時間の短縮化、歩留まり）や性能（例えば、素子性能の均一性、素子の高感度化）を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】容量型機械電気変換素子の実施形態の構成例を示す断面図。
【図２−１】容量型機械電気変換素子の製造方法の実施形態及び実施例の製造工程図。
【図２−２】図２−１と同様な製造工程図。
【図２−３】図２−１と同様な製造工程図。
【図３】（a）は容量型機械電気変換素子の第２実施例の構成を示す断面図、（b）は同第３実施例の構成を示す断面図、（c）は同第４実施例の構成を示す断面図、（d）は同第５実施例の構成を示す断面図。
【図４】（a）は容量型機械電気変換素子の第６実施例の構成を示す断面図、（b）は同第７実施例の構成を示す断面図、（c）は同第８実施例の構成を示す断面図。
【図５−１】容量型機械電気変換素子の実施例の構成例を示す平面透視図。
【図５−２】複数の素子部分を含みキャビティがアレイ化された実施例の構成例を示す平面透視図。
【図５−３】複数の素子部分を含みキャビティがアレイ化され且つ相隣キャビティ間に接続口がある第９実施例の構成例を示す平面透視図。
【図６】第１０実施例の構成例を示す、図５−３と同様な平面透視図。
【図７】エッチング液の入口１３が基板裏面から貫通して設けられる構成の第１１実施例を示す断面図。
【図８−１】容量型機械電気変換素子の第１２実施例の工程を説明する断面図。
【図８−２】容量型機械電気変換素子の第１２実施例の工程を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１に示す実施形態では、基板４の上に、第１絶縁膜５が設けられ、更に低抵抗の下部電極８が設置される。その上の振動膜支持部２は振動膜３を支持し、開口部６付きの第２絶縁膜９を介して基板４に固定される。基板４と、振動膜３と、振動膜支持部２とに囲まれてキャビティ（空間）１０が形成される。下部電極８は、開口部６を介してキャビティ１０に露出する。パッド７で、下部電極８への電気的な接続が行なわれている。更に、上部電極１が、振動膜３の上面若しくはその内部に設置される。上部電極１は、下部電極８と対向して設けられ、本実施形態の容量型機械電気変換素子を形成する。上部電極１のパッドは図１には示されていない。
【００２１】
通常、容量型機械電気変換素子の機械電気変換係数を高くするために、動作中は、上部電極１と下部電極８の間にＤＣバイアス電圧をかける必要がある。このＤＣバイアス電圧の働きにより、静電引力が上部電極１を引っ張って、振動膜３の中央部には下向きの変位が発生する。ただし、一旦ＤＣバイアス電圧が一定の電圧を超えると、振動膜３が降伏して第２絶縁膜９に接触（コラプス）し、機械電気変換係数がかえって低下する恐れがある。この一定の電圧はコラプス（Collapse）電圧といわれる。こうしたコラプスが発生しない様にバイアス電圧は調整される。
【００２２】
以上に述べた様に、本実施形態の素子は、基板４に形成された第１の電極の下部電極８と、基板上の支持部２で第１の電極と間隔を保って支持されてキャビティ１０を形成した振動膜３と、振動膜に配設された第２の電極の上部電極１を含む。更に、第１の電極８と第２の電極１の少なくとも一方は絶縁層（符号３や９で示すもの）により覆われ、振動膜３に、キャビティ１０に通じる開口として設けられてその後封止された封止部が設けられる。絶縁層には、第１の電極又は第２の電極へ通じる開口が形成されている。図１の形態では、絶縁層９に、第１の電極８へ通じる開口部６が形成されている。後述する図４などに示す例では、絶縁層である振動膜３に、第２の電極１へ通じる開口２４が形成されている。
【００２３】
前記構成の素子は、次の製造方法で製造することができる。基板４に第１の電極８を形成し、第１の電極上に、これへ通じる開口部６が設けられた絶縁層９を形成し、絶縁層上に犠牲層を形成し、犠牲層上に、第２の電極１を持つ振動膜３を形成し、振動膜に、エッチング開口部の開口をエッチング液の入口として設ける。開口部６により、犠牲層は、第１の電極との電気的接触すなわち電気的な導通が保持される。犠牲層をエッチングしてキャビティ１０を形成し、エッチング液の入口としての開口を封止する。ここでは、開口部６と犠牲層と前記開口を介して、電解エッチング用の第１の電極８と外部に設けた対向電極との間で通電する電解エッチングを行なってエッチングを実行する。前記開口部６と前記開口の距離は、できるだけ離れているのが好ましい。
【００２４】
次の製造方法で製造することもできる（図４参照）。基板４に第１の電極８を形成し、第１の電極上に絶縁層９を形成し、絶縁層上に犠牲層を形成し、犠牲層上に振動膜３を形成し、振動膜に、エッチング液の入口としてのエッチング開口部である開口を含む複数の開口２４を設け、振動膜に第２の電極１を設ける。犠牲層をエッチングしてキャビティ１０を形成し、前記エッチング液の入口としての開口を封止して封止部２０とする。ここでは、振動膜に設けられた第２の電極へ通じる開口２４と犠牲層と前記エッチング液の入口としての開口を介して、電解エッチング用の第２の電極１と外部に設けた対向電極との間で通電する電解エッチングを行なってエッチングを実行する。ここでも、第２の電極１へ通じる開口と前記エッチング液の入口としての開口の距離は、できるだけ離れているのが好ましい。
【００２５】
図１に示す様に、容量型機械電気変換素子は、素子部分を複数個含んで構成され得る。各素子部分は、前述した構成と同様な構成を有する。第１の電極と第２の電極の少なくとも一方は絶縁層（符号３や９で示すもの）により覆われる。そして、図５−３に示す様に、第１の素子部分の振動膜に、キャビティ１０に通じる開口として設けられその後封止された封止部２０が設けられ、別の第２の素子部分の絶縁層に、第１の電極又は第２の電極へ通じる開口（符号６or２４）が形成される。第１の素子部分のキャビティと第２の素子部分のキャビティとは、素子部分間に設けた接続口２５を介して接続される。
【００２６】
こうした素子部分を複数個含んで構成された素子は、第１の電極又は第２の電極へ通じる開口と、第１及び第２の素子部分のキャビティと接続口２５に形成された犠牲層と、エッチング液の入口としての開口を介して、電解エッチングを行なうことで製造される。この電解エッチングは、第１の電極又は第２の電極と外部に設けた対向電極との間で通電して行ない、犠牲層をエッチングして第１の素子部分のキャビティと第２の素子部分のキャビティを一括的に形成する。エッチング液は開口を介して導入され、更には接続口を通って導入される。ここでも、前記第１の電極又は第２の電極へ通じる開口と前記エッチング液の入口としての開口の距離は、できるだけ離れているのが好ましい。
【００２７】
本実施形態の製造方法によれば、電解エッチングにより、拡散律速に依存せず比較的高速に犠牲層をエッチングできて、キャビティを充分薄く良好に形成できる。より具体的には、大面積の容量型機械電気変換素子やアレイ容量型機械電気変換素子でも、製造時間の短縮化、素子性能の均一化、素子の高感度化、歩留まりの向上などを実現できる。
【実施例】
【００２８】
以下、図を用いて本発明の実施例を説明する。
（第１実施例）
図２−１乃至図２−３は、本発明に係る容量型機械電気変換素子の製造方法の第１実施例の工程を説明する。以下の説明を簡潔にするため、“パターニング工程”は、基板上のフォトレジストの塗布、乾燥、露光、現像などのフォトリソグラフィ工程から、エッチング工程、フォトレジストの除去、基板の洗浄、乾燥工程の順に行なわれる全工程を意味するものとする。また、本実施例の基板４はＳｉを例として説明するが、他の材料の半導体基板などの基板を使用することもできる。例えば、ＳｉＯ２、サファイアの基板も使用可能である。
【００２９】
本実施例の製造方法において、先ず、図２−１（a）に示す様に、Ｓｉ基板４を準備し、洗浄する。次に、図２−１（b）に示す様に、基板４を熱酸化炉に入れてＳｉ酸化膜を形成し、第１絶縁膜５とする。機械電気変換素子における寄生容量を抑えるため、第１絶縁膜５（Ｓｉ酸化膜）の厚さは、１００nm以上が望ましく、５００nm以上がより望ましく、２０００nm以上が最も望ましい。第１絶縁膜５のＳｉ酸化膜の代わりに、他の絶縁方法を採用することも可能である。例えば、窒化膜、若しくは逆バイアス用のPN接合のウェルを設置する方法も採用できる。
【００３０】
更に、図２−１（b）に示す様に、第１絶縁膜５（Ｓｉ酸化膜）の上に、ＬＰＣＶＤ法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）でドープ多結晶Ｓｉを成膜する。このドープした多結晶Ｓｉ膜は、本素子の第１の電極である下部電極８となる。下部電極８は、第１絶縁膜５によって基板４と電気的に絶縁される。後の工程で、犠牲層を電解エッチングする際に、均一、安定、且つ高速なエッチング速度を得るために、下部電極８による電位降下を減らすことが望ましい。よって、下部電極８のシート抵抗は、２０.０Ω/□以下が望ましく、５.０Ω/□以下がより望ましく、１.０Ω/□以下が最も望ましい。この様に、本実施例では、第１の電極である下部電極８は、基板表面に形成された導電性の膜である。次に、図２−１（c）に示す様に、ＣＦ４ガス若しくは塩素ガスによるプラズマのドライエッチングで下部電極８（ドープした多結晶Ｓｉ）をパターニングする。
【００３１】
次に、図２−１（d）に示す様に、ＬＰＣＶＤ法、若しくはＰＥＣＶＤ法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）、若しくはスパッタ法で、Ｓｉ３Ｎ４膜を成膜し、第２絶縁膜９とする。下部電極８の材料は、ドープした多結晶Ｓｉに限らず、他の低抵抗材料でもよい。例えば、ドープした単結晶Ｓｉ基板、若しくはドープしたウェル領域を下部電極とする単結晶Ｓｉ基板、ドープしたアモルファスＳｉ、酸化物半導体、若しくは後述の犠牲層１１とエッチング選択性がある金属（例えば、難エッチング金属）、などでもよい。次に、図２−１（e）に示す様に、ＣＦ４ガスのプラズマによるドライエッチング法で第２絶縁膜９のＳｉ３Ｎ４膜をパターニングして、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６を形成する。この開口部６は、本実施例では後述のキャビティの端部に対する所に設けるが、後述する様に他の配置形態も可能である。次に、図２−１（f）に示す様に、犠牲層１１を成膜し、パターニングする。この後に犠牲層１１を電解エッチングする際に、均一且つ安定なエッチング速度が得られる様、犠牲層１１内の電位降下を減らすことが望ましい。現在の微細化加工技術で作製できる素子の寸法を考慮に入れると、犠牲層１１の抵抗率は１０-１Ω-cm以下が望ましく、１０-３Ω-cm以下がより望ましい。１０-５Ω-cm以下が最も望ましい。従って、犠牲層１１の材料には金属を利用すると良い。
【００３２】
本実施例では、犠牲層１１として、スパッタ法で成膜したＣｕ膜を使用する。このＣｕ膜はウェットエッチングでパターニングする。このパターニングのＣｕエッチング液としては、ＦｅＣｌ３を含有する液（例えば、Transene社製CE-２００液）、若しくは（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８を含有する液（例えば、Transene社製ASP-１００液）を使用することができる。また、犠牲層１１の付着力を高くするために、Ｃｕを成膜する直前に約２nm〜１５nmの厚さのＴｉを成膜することが望ましい。
【００３３】
犠牲層１１の厚さによって、本素子の最終的な電極間距離（下部電極８と後述する上部電極との距離）が決定される。犠牲層１１が薄いほど、素子の機械電気変換係数が高くなる。ただし、電極間距離が短か過ぎると、絶縁破壊の恐れが高まる。従って、犠牲層１１の厚さは、５nmから４０００nmの範囲が望ましく、１０nmから１０００nmの範囲がより望ましく、２０nmから５００nmの範囲が最も望ましい。
【００３４】
次に、図２−１（g）に示す様に、ＰＥＣＶＤ法で振動膜３のＳｉ３Ｎ４膜を成膜する。開口部６及び犠牲層１１の段差により、振動膜支持部２と振動膜３の凹み部２３も同時に形成される。図２−１（g）から、振動膜３の凹み部２３は必ず開口部６の真上に形成されることが分かる。振動膜３が誘電体である場合、例えば、ＳｉＸＮＹ膜、ＳｉＸＯＹ膜、ＳｉＮＸＯＹ膜、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＨｆＡｌＯの誘電材料の中から少なくとも一種を選択して使用することも可能である。
【００３５】
次に、図２−２（h）に示す様に、振動膜３の上に上部電極１を成膜し、パターニングする。本実施例では、上部電極１は、金属、低抵抗のアモルファスＳｉ、低抵抗の酸化物半導体の中から選ばれる一種の材料で成膜される。
【００３６】
次に、図２−２（i）に示す様に、ＰＥＣＶＤ法で第３絶縁膜１２のＳｉ３Ｎ４膜を成膜する。この第３絶縁膜１２は、素子を保護するために形成する。このため、第３絶縁膜１２のＳｉ３Ｎ４膜の代わりに、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯxＮy、高分子樹脂膜（例えば、ポリジメチルシロキサン膜（ＰＤＭＳ：polydimethyl siloxane）、パリレン膜）、なども使用可能である。
【００３７】
次に、図２−２（j）に示す様に、ＣＦ４ガスによるプラズマのドライエッチング法で、振動膜３、第２絶縁膜９及び第３絶縁膜１２のＳｉ３Ｎ４膜をエッチングする。こうして、振動膜３の開口であるエッチング液の入口１３と下部電極８のパッド７を形成する。ＣＦ４ガスによるプラズマによれば精密なドライエッチングが可能なため、下部電極８を損傷せずに下部電極８のパッド７が形成できる。エッチング液の入口１３は、犠牲層１１をエッチングストップ層として、ＣＦ４ガスプラズマによるエッチングで形成することができる。
【００３８】
次に、図２−２（k）に示す様に、下部電極８のパッド７の上に導電性エポキシ樹脂若しくはボンディングで、電気連結部１５を設け、この電気連結部１５の外面はシリコーン樹脂で覆って外部と絶縁する。そして、電圧源１７により、電気配線１６を介して、電解エッチング液中で対向電極１８（カソード）と下部電極８との間に電圧をかける。対向電極１８の材料は、例えば、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃの材料が好適である。ここにおいて、犠牲層１１は開口部６を介して下部電極８に電気的に接続される。犠牲層１１（Ｃｕ）が低抵抗材料なので、犠牲層１１内の電位降下量が相対的に少ない。そのため、犠牲層１１の電位と下部電極８の電位はほぼ同じ値である。こうして、犠牲層１１及び下部電極８がアノードであり、対向電極１８がカソードである電気回路が確立される。
【００３９】
なお、電解エッチングの条件を安定化するために通常よく使われる参照電極、電流計、電圧計、電量計、可変抵抗などの部品は、図を簡潔にするために図２−２（k）に示していない。
【００４０】
以上の様な回路構成を設けた後に、次に図２−２（k）及び図２−３（l）に示す様に、電解エッチング液に浸漬した中で、エッチング液の入口１３から電解エッチング反応が開始される。電解反応を用いずに薄い犠牲層１１をウェットエッチングする場合、すぐに拡散律速によってエッチングが停止する。しかし、本実施例による電解エッチング方法によれば、犠牲層１１（Ｃｕ）を、下部電極８へ通じる開口部６の所まで、比較的短時間で除去することができる。この電解エッチング液の一例の条件を下記の表１に示す。
【００４１】
【表１】
0005305993.tif 000002
なお、上記電解エッチング液は、他の中性電解液、例えば、NaCl液を使用することも可能である。
【００４２】
この電解エッチング過程で発生する泡を低減するには、電圧源１７から、犠牲層１１と対向電極１８との間にかける電圧は、電圧平均値で１Ｖから１０Ｖの範囲が望ましく、３Ｖから５Ｖの範囲がより望ましい。同じ様に、前記電圧の周波数は、ＤＣから１０ＭＨｚの範囲が望ましく、１００Ｈｚから１００ｋＨｚがより望ましい。また、犠牲層１１を再堆積させないために、犠牲層１１と対向電極１８との間にかける電圧は、ＡＣの最低値が−２Ｖ以上であることが望ましく、０Ｖ以上であることがより望ましい。
【００４３】
前記電解エッチング完了後、純水で洗浄して乾燥する。この段階で、電圧源１７を外して、電気連結部１５及び一部の電気配線１６を除去してもよいし、その後に２００℃以上のプロセスがなければそのまま残すことも可能である。本実施例では、電気連結部１５及び一部の電気配線１６を除去する場合を説明する。
【００４４】
次に、図２−３（m）に示す様に、ＰＥＣＶＤ法でＳｉ３Ｎ４膜を成膜する。このＳｉ３Ｎ４膜は、前記エッチング液の入口１３を封止して、封止部２０を形成する。この封止工程に使われる膜は、ＣＶＤ、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）による窒化膜、酸化膜、窒化酸化膜、高分子樹脂膜の中の少なくとも一種を選択することも可能である。このプロセスによる膜は前記第３絶縁膜１２の一部と考えることができる。
【００４５】
封止部２０によりキャビティ１０を封止するため、この封止用Ｓｉ３Ｎ４膜の厚さは、犠牲層１１の厚さの１/２以上が望ましく、犠牲層１１の厚さ以上がより望ましい。この封止工程によって、密封されたキャビティ１０を形成することができる。
【００４６】
通常、ＰＥＣＶＤ工程の圧力は、０.１Torrから数十Torrの範囲であって、ＰＥＣＶＤによるＳｉ３Ｎ４で封止する場合、大気圧により振動膜３が下に変形して、凹型の状態になる。ＰＥＣＶＤの成膜装置の放電電極配置、放電周波数、ガス組成、温度によって、前記ＰＥＣＶＤによるＳｉ３Ｎ４の応力を調整できる。この応力が圧縮性である場合、振動膜３が凸型になる可能性もある。図２−３（m）には水平の状態を示す。
【００４７】
この封止用のＳｉ３Ｎ４膜の代わりに、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯxＮy、高分子樹脂膜なども可能である。特に、高分子樹脂膜、例えばポリジメチルシロキサン膜（ＰＤＭＳ膜）、パリレン膜を形成する場合、温度が低くてもよいので、前記電気連結部１５及び一部の電気配線１６をそのまま残すことが可能である。
【００４８】
最後に、図２−３（n）に示す様に、下部電極８のパッド７を再パターニングして、本実施例の容量型機械電気変換素子の作製工程が完了する。なお、上部電極１のパッドもこの段階でパターニングして形成するが、図を簡潔にするために図２−３（n）には示さない。
【００４９】
本実施例の説明を簡潔にするため、図２−１（g）にある振動膜３、図２−２（i）にある第３絶縁膜１２、及び図２−３（m）にある封止部２０とする封止用膜は、全て絶縁性のＳｉ３Ｎ４膜を用いるとした。振動膜３と第３絶縁膜１２が同じ絶縁材料である場合、一体化される振動膜３と第３絶縁膜１２は、全体として振動膜と考えることが可能である。
【００５０】
図５−１（a）は、以上の様な製造方法で作製された本実施例の素子の構成例の平面透視図を示す。図５−１（a）は長方形のキャビティ１０を示すが、正方形、円形、多角形などの形のキャビティも可能である。いずれにせよ、本実施例では、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６をキャビティの一方の端部に対する所に設置し、エッチング液の入口１３ないし封止部２０をキャビティの他端部に対する所に設置する。アノード（下部電極８）と犠牲層１１との接点は、エッチング液の入口（ないし入口群）から充分に離れた所に設置することによって、犠牲層のエッチングを全体に亘って進めることができる。
【００５１】
図５−１（b）と図５−１（c）は、キャビティ１０が円形である場合の本実施例の素子の構成例の平面透視図を示す。図５−１（b）の例では、エッチング液の入口１３ないし封止部２０をキャビティの中央部に対する所に設置し、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６をキャビティの周辺部に対する所に設置する。図５−１（c）の例では、その逆になっている。これらの例において、キャビティ１０の周辺部に設置される第２絶縁膜９の開口部６やエッチング液の入口１３の数量と形状は図示のものに限るものではなく、場合に応じて適宜設計すればよい。
【００５２】
図５−２（a）及び（b）は、上述した容量型機械電気変換素子を素子部分として、複数の素子部分をアレイ化した構成例の平面透視図を示す。ここでは、隣接する３つのキャビティ１０を示す。図５−２（a）の例では、エッチング液の入口１３ないし封止部２０を構成の中央部に共用する形態で設置し、そこから最も離れた位置に、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６をキャビティ１０毎に設置している。図５−２（b）の例では、こうした配置が逆になっている。
【００５３】
図５−２（a）の例では、製造工程において、複数の素子部分の犠牲層１１が共通のエッチング液の入口１３を介して電解エッチングされる。図５−２（b）の例では、製造工程において、各素子部分の犠牲層１１が各エッチング液の入口１３を介して電解エッチングされるが、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６は共通になっている。
【００５４】
本実施例の製造方法によれば、開口部ないし開口が十分離れて形成されているので、開口部ないし開口の大きさや数をあまり増大しなくても、電解エッチングにより、拡散律速に依存せず比較的高速に薄い犠牲層でもエッチングできる。よって、薄いキャビティを良好に形成できる。より具体的には、前記第１の電極のアノード電圧によって、等速ないし等高速且つ安定なエッチング速度を実現できる。
【００５５】
（第２実施例）
図３（a）の断面図で示す第２実施例では、基板４を下部電極８としている。本実施例の素子の製造プロセスは、第１実施例とほぼ同じであるが、第１実施例にある下部電極８（第１の電極）と第１絶縁膜５を設置することがないので、より簡単に作製できる。
【００５６】
基板４本体を下部電極８とする本実施例の場合、素子の検出電流を高くするために、素子回路内の直列の抵抗を低減することが望ましい。このため、下部電極８とする基板４のシート抵抗は、１.０Ω/□以下が望ましく、０.１Ω/□以下がより望ましく、０.０２Ω/□以下が最も望ましい。なお、図３（a）には、下部電極８となる特定の領域は示していない。また、この基板４をＤＲＩＥ（Deep-Reactive-Ion-Etching）でエッチングして、素子を電気分離することは可能である。この様に、本実施例では、前記第１の電極は、少なくともその表面が低抵抗である基板が兼ねる。
【００５７】
図３（a）には、下部電極８のパッド７を素子のキャビティ１０の横に設置する例を示すが、下部電極８のパッド７を基板４の裏面に設置することも可能である。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００５８】
（第３実施例）
図３（b）の断面図で示す第３実施例では、基板４を貫通する貫通配線導電部２２が設けられている。本実施例の素子の製造プロセスも、第１実施例とほぼ同じである。
【００５９】
貫通配線導電部２２の絶縁部２１は、熱酸化で形成される第１絶縁膜５と同じ様に形成することができる。貫通配線導電部２２も、下部電極８と同じ様に、ドープしたＬＰＣＶＤ多結晶Ｓｉで形成することができる。従って、図３（b）に示す様に、下部電極８のパッド７は、基板４の裏面に取り出すことができる。
【００６０】
本実施例を示す図３（b）には、貫通配線導電部２２が下部電極８と繋がる形態で示されているが、貫通配線導電部２２が下部電極８と接触せずに、上部電極１と繋がる配線形態も可能である。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００６１】
（第４実施例）
図３（c）の断面図で示す第４実施例では、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６がキャビティ１０の中央部にあって、封止部２０ないしエッチング液の入口がキャビティ１０の周辺部にある。本実施例の素子の製造プロセスも、第１実施例とほぼ同じである。
【００６２】
本実施例を示す図３（c）から、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６の真上に振動膜３（保護膜１２を含む）の凹み部２３が自然に形成されることが分かる。
【００６３】
図５−１（c）は、本実施例の容量型機械電気変換素子の構成例の平面透視図を示す。この例において、キャビティ１０の周辺部に設置される封止部２０ないしエッチング液の入口１３の数量と形状は図示例のものに限るものではなく、場合に応じて適宜設計すればよい。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００６４】
（第５実施例）
図３（d）の断面図で示す第５実施例では、下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６がキャビティ１０の周辺部にあって、封止部２０ないしエッチング液の入口がキャビティ１０の中央部にある。本実施例の素子の製造プロセスも、第１実施例とほぼ同じである。
【００６５】
図５−１（b）は、本実施例の容量型機械電気変換素子の構成例の平面透視図を示す。この例において、キャビティ１０の周辺部に設置される下部電極８へ通じる第２絶縁膜９の開口部６の数量と形状は図示例のものに限るものではなく、場合に応じて適宜設計すればよい。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００６６】
（第６実施例）
図４（a）は、本発明に係る容量型機械電気変換素子の第６実施例の構成を示す断面図である。本実施例では、封止部２０ないしエッチング液の入口をキャビティ１０の一方の端部に対して設け、上部電極１へ通じる振動膜３の開口部２４をキャビティ１０の他端部に対して設ける。上部電極１へ通じる開口部２４を振動膜３側に形成する際において、この開口部２４のパターニング工程は、第１実施例の第２絶縁膜９の窒化膜パターニング工程と同じである。
【００６７】
本実施例の構成でも、上部電極１のパッド１４は上部電極１と電気的に連結しているため、上部電極パッド１４を通じて電解エッチングを行なうことができる。なお、図を簡潔にするために、図４（a）には、上部電極１とこれのパッド１４との電気配線は示していない。
【００６８】
本実施例では、下部電極８は第２絶縁膜９で覆われる。封止部２０は、第１実施例と同じ様に、エッチング液の入口１３を封止した部分である。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００６９】
（第７実施例）
図４（b）の断面図で示す第７実施例では、上部電極１へ通じる振動膜３の開口部２４がキャビティ１０の中央部にある。本実施例の素子の製造プロセスは、第６実施例とほぼ同じである。なお、図を簡潔にするために、図４（b）でも、上部電極１とパッド１４との電気配線は示していない。
【００７０】
図５−１（c）は、本実施例の容量型機械電気変換素子の構成例の平面透視図を示す。この例において、キャビティ１０の周辺部に設置される封止部２０ないしエッチング液の入口１３の数量と形状は図示例のものに限るものではなく、場合に応じて適宜設計すればよい。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００７１】
（第８実施例）
図４（c）の断面図で示す第８実施例では、上部電極１へ通じる振動膜３の開口部２４がキャビティ１０の周辺部にある。本実施例の素子の製造プロセスも、第６実施例とほぼ同じである。なお、図を簡潔にするために、図４にも、上部電極１とパッド１４との電気配線は示していない。
【００７２】
図５−１（b）は、本実施例の容量型機械電気変換素子の構成例の平面透視図を示す。この例において、キャビティ１０の周辺部に設置される上部電極１へ通じる振動膜３の開口部２４の数量と形状は図示例のものに限るものではなく、場合に応じて適宜設計すればよい。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００７３】
ところで、上述した図１乃至図４には、隣接する２つの素子部分のキャビティ１０の周りの構成を示してきた。大面積の素子アレイを作製する際には、これらの図で夫々示した構成原理の素子部分を基板上に規則的若しくは周期的に配置すればよい。その構成、製造方法は上述したものと本質的に同じであり、その説明から明らかである。
【００７４】
同じ様に、図５−２には、隣接する３つの素子部分のキャビティ１０の構成例の平面透視図を示した。ここでも、大面積の素子アレイを作製する際には、上述の図で夫々示した構成原理の複数の素子部分を基板上に規則的若しくは周期的に配置すればよい。
【００７５】
また、前記実施例では、振動部は、振動膜３、上部電極１、第３絶縁膜１２、封止用膜などを含む積層膜であった。前記実施例では、説明し易くするために保護膜１２などは振動膜３とは別の膜として説明したが、実際には第３絶縁膜１２などを振動膜３の一部として、上部電極１の真下の膜を絶縁膜と看做す様なことも可能である。このため、振動膜３と第３絶縁膜１２との空間配置を逆に説明することなども可能である。例えば、図３の符号３を第３絶縁膜とし、図３の符号１２を振動膜と看做す様なことも可能である。
【００７６】
（第９実施例）
図５−３（a）と（b）の平面透視図に示す容量型機械電気変換素子の第９実施例では、素子部分のキャビティ１０がアレイ化され、且つ相隣キャビティ１０間に接続口２５がある。即ち、第１のキャビティと第２のキャビティとが接続口により接続される構成を含んでいる。図示する様に、封止部２０ないしエッチング液の入口１３を素子アレイの一方の端部に設け、絶縁層の開口部６又は２４を素子アレイの他端部に設けて、且つ素子部分の振動膜支持部２に開口ないし接続口２５が形成されている。
【００７７】
本実施例によって、基板上に素子部分を並列的（図５−３（a）の例）若しくは直列的（図５−３（b）の例）に配置しても、エッチング液の入口１３から電極（アノード）へ通じる絶縁膜の開口部６又は２４までエッチング液の通路が確立される。こうして、安定且つ高速な犠牲層エッチングができる。このため、例えば、振動膜３に形成される開口の数を低減でき、容量型機械電気変換素子の機械特性の安定性をより高くできるなどの効果がある。
【００７８】
大面積の素子アレイを作製する際の複数の素子部分の配置は、図５−３（a）と（b）の配置例に限られず、場合に応じて柔軟に配置することが可能である。その他の点は、第１実施例と同じである。
【００７９】
（第１０実施例）
図６は、本発明に係る容量型機械電気変換素子の第１０実施例の構成例の平面透視図を示す。図６（a）に示す構成は、第９実施例と同じ様に、素子部分の複数のキャビティ１０が１列に並べられ、且つ相隣キャビティ１０間に接続口（接続流路ともいう）２５がある。即ち、第１のキャビティと第２のキャビティとが接続口により接続される構成を含んでいる。第９実施例との違いは、１列あたりのキャビティ１０の隣接個数が第９実施例よりも多いこと、及び図６（b）と（c）に示す様に当該複数のキャビティよりなるキャビティ列２６が複数隣接して形成されていることである。
【００８０】
図６（a）に示す様に、封止部２０ないしエッチング液の入口１３を素子アレイの一方の端部に設け、絶縁層の開口部６又は２４を素子アレイの他端部に設けて、且つ素子部分の振動膜支持部２に開口ないし接続口２５が形成されている。そして図６（b）に示す様に、接続口で接続されたキャビティ列２６が並列に配置されている。
【００８１】
素子を設計する際に、図６（b）に示す様に並列に配置されたキャビティ列２６の集合体は、エレメント（Element）２７と呼ばれる。そして、１つのエレメントを構成する複数の素子部分において、各素子部分の上部電極同士を電気的に共通にし、下部電極同士も同じ様に共通にする。この様な構成とすることで、１つのエレメントは超音波画像の１つの画素として働く。この様なエレメントを二次元状（平面的）に複数列配置して、当該エレメントの集合体から得る電気信号で超音波画像を形成することができる。なお、図６（b）に示す接続口で接続された複数キャビティ列の集合体では、複数のキャビティ列２６は夫々独立に接続口で連結されることが好ましい。しかし、隣接するキャビティ列２６の間を接続口によって連結することで、１つのエレメント内を共通接続流路で連結することも可能である。
【００８２】
図６（c）は、図６（b）の１つのエレメントをアレイ化して、複数のエレメント２８、２９を二次元的に配列する概念を示す。本実施例においては、更にエレメントのアレイによる３Ｄ（三次元）の超音波画像の形成が可能である。大面積の素子アレイを作製する際の複数の素子部分の配置は、図６の配置例に限られず、必要に応じて任意の配列が可能である。
【００８３】
（第１１実施例）
図７は、本発明に係る容量型機械電気変換素子の第１１実施例の構成を示す断面図である。本実施例では、エッチング液の入口１３が基板裏面から犠牲層に至る様に貫通して設けられる。
【００８４】
本実施例の素子の製造プロセスにおいて、図７（a）に示す様に、最初の製造工程は前記第６実施例の図４（a）と同様である。しかし、犠牲層１１を除去する前に、基板４の裏面から深堀ＲＩＥでエッチング液の入口１３を設ける。その際、基板４（例えば、Ｓｉウエハ）をＳＦ６ガスのプラズマでエッチングして、第１絶縁膜（例えば、熱酸化膜５）をエッチストップ層として利用しエッチングを終了する。そして、第１絶縁膜、下部電極（例えば、高濃度不純物ドープＳｉ）、第２絶縁膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４膜）をＣＨＦ３、ＣＦ４などのガスによるプラズマエッチングにより、犠牲層１１（例えば、Ｃｕ）までエッチングする。
【００８５】
その後、前記第１実施例と同じ様に、図７（b）に示す様にエッチング液の入口１３を通じて犠牲層１１を電解エッチングで除去し、乾燥する。電解エッチング工程を実施する際に、上部電極１は上部電極のパッド１４を介して電源（Potentiostat）の陽極に接続する。そして、電解エッチング液に浸漬することで、電解エッチング液が基板４の裏面からエッチング液の入口１３に流れ込むことができる。その後、上部電極１と、外部で前記電解エッチング液に接している対向電極との間で通電し、上部電極１に接する犠牲層１１を電解エッチングする。なお、下部電極８は電解エッチング液に露出されるが、電位を印加されないため、エッチングされない。
【００８６】
最後に、図７（c）に示す様に、基板４の裏面に、電気絶縁性を有する封止膜３０（例えば、Ｓｉ３Ｎ４もしくはＳｉＯ２）を一層成膜して、キャビティ１０を封止する。開口部を完全に封止するためには、封止膜３０の膜厚は、犠牲層１１の厚さ以上が望ましく、犠牲層１１の厚さの１.２倍以上が最も望ましい。
【００８７】
本実施例で、基板裏面にエッチング液の入口を設けることによって、機械電気変換素子の上面側（特に振動膜）に封止部を設ける必要がなくなるため、素子の表面側の平坦性が向上する。更に、振動膜に封止部がないことから、素子の寿命、信頼性も大幅に向上する。
【００８８】
（第１２実施例）
図８−１（a）乃至図８−２（k）は、本発明に係る容量型機械電気変換素子の第１２実施例の製造工程を説明する断面図である。本実施例の素子の製造プロセスは、第１実施例と略同様である。第１実施例との違いは、半導体基板などの導電性基板を使わず、絶縁性を有する基板（例えば、ガラス基板）を用いる点である。
【００８９】
図８−１（a）に示す様に、基板４（例えば、直径４インチのガラス基板）を準備し、洗浄する。次に、図８−１（b）に示す様に、基板４を貫通する貫通配線導電部２２が設けられる。この様な貫通配線を有する基板は、市販品を利用することも可能である、例えば、感光性ガラス（HOYA社製、製品名PEG３）を利用して、基板貫通孔を設けた後、金属ＣｕもしくはＮｉをメッキで基板貫通孔に充填する。金属貫通配線の形成後、基板表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨して、貫通配線を有する基板が形成される。本発明の様な容量型素子の性能において、この基板の表面粗さは非常に重要であって、平均粗さRaは１０nm以下が好ましく、２nm以下がより好ましい。なお、その後の電気配線のステップカバレッジにおいて、貫通配線２２の露出面と基板４の表面との段差は、１mm以下が好ましく、０.２mm以下がより好ましい。
【００９０】
一方、Ｓｉ基板をＤＲＩＥ法で貫通エッチングして、熱酸化し、ＬＰＣＶＤで前記貫通配線導電部２２を形成することも可能である。この場合、貫通配線導電部２２の絶縁は、熱酸化で形成することができて、貫通配線導電部２２も、ドープしたＬＰＣＶＤ多結晶Ｓｉで形成することができる。本実施例では、前記ガラス基板を例として説明する。
【００９１】
図８−１（c）から（f）の成膜、パターニング、エッチングなどのプロセスは、前記第１実施例の説明で用いた図２−１乃至図２−３の対応する部分と同様である。そして、図８−１（f）と図８−２（g）に示す様に、基板４の裏面に一層の導電性膜３７、例えばＴｉ（膜厚１００nm）を成膜する。その後、片面エッチング治具（不図示）を用いて、基板裏面の導電性膜３７に作用電極１６を接触させて、電気接続を形成する。そして、第１実施例と同じ様に、基板を電解液に浸漬し、導電性膜３７及び基板貫通配線２２を通じて、下部電極８に接する犠牲層１１を電解エッチングする。
【００９２】
その後、第１実施例と同じく、図８−２（h）に示す様に、電解エッチングした後、乾燥工程を実行して、大気開放されるキャビティ１０を形成する。次いで、第１実施例と同じく、図８−２（i）に示す様に、エッチング液の入口１３をＰＥＣＶＤＳｉＮｘ、ＳｉＯ２などの絶縁膜で封止して、封止部２０を形成する。次に、基板貫通配線と上部電極との接続配線部３８を作るため、ＲＩＥで開口を設ける。そして、図８（j）に示す様に、金属層を成膜しパターニングして、上部電極１及び基板貫通配線２２へ接続する配線部３８を形成する。
【００９３】
次に、第１実施例と同じく、図８−２（k）に示す様に、上部電極１の上に絶縁性を有する保護膜１２を設ける。最後に、基板４の裏面にある導電性膜３７をパターニングして、基板裏面に基板貫通配線のパッドを形成する。こうして、図８−２（k）に示す様に、下部電極８と上部電極１は、基板４の裏面に取り出すことができる。特に、高密度の素子アレイの作製において、この手法は重要である。
【００９４】
本実施例を説明する図８−２（k）には、貫通配線導電部２２が下部電極８及び上部電極１と繋がる形態が示されているが、下部電極８と上部電極１の一方が貫通配線導電部２２に繋がって、他方の電極は基板４の表面に取り出す配線形態も可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１    上部電極（第２の電極）
３    振動膜
４    基板
５、９    絶縁膜（第１絶縁膜、第２絶縁膜）
６、２４    開口部（下部電極へ通じる開口部、上部電極へ通じる開口部）
８    下部電極（第１の電極）
１０    キャビティ（空間）
１１    犠牲層
１３    エッチング液の入口
１８    対向電極（カソード）
２０    封止部
２２    貫通配線（導電部）
２５    接続口（接続流路、支持部の開口）
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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